大学物理试验汇报基础电表的使用 篇一：物理试验 万用电表的使用 《大学物理试验指导（电磁学部分）》 试验九万用电表的使用 [目标] 1.了解万用电表的基础原理及设计方法； 2.学会万用电表的使用 [仪器和用具] 1.万用电表(MF-50型)； 2.直流稳定电源(MCH-305D-Ⅱ型0-30V、0-5A)； 3.单相自耦调压器(500VA 0－250V)； 4.试验电阻板（3.0KΩ、15KΩ、47KΩ、56Ω、0.62KΩ、1.5KΩ 0.25 W各1个）； 5.电学暗盒（内装有47μF电解电容1个、0.22μF一般电容器1个、；6.3V稳压二极管1个、1N4007硅二极管1个、47KΩ电阻器1个） 6.单刀开关； [原理] 一、万用电表的基础结构 万用电表是试验室常见的一个仪表，可用来测量交直流电压、电流和电阻等，还可用于检验元器件和电路，排除电路故障 万用电表关键由灵敏度较高的磁电系微安表（简称表头）和由转换开关控制的测量电路及保护电路组成它实际上是依据电表改装的原理，将一个表头分别经过转换开关连接多种测量电路而改成多量程的电流表、电压表及欧姆表的是既能测量直流电流、电压也能测量交流电压的复合表。
各个测量档共用一个表头,表头面盘上有对应于测量多种量的几条标度尺,标度尺按表的功效有多种不一样的刻度,以指示对应值对于某一测量的内容,通常分成多个大小不一样的几档(比如MF50型万用表,其电阻档有×1、×10、×100、×1K、×10K五档，电流有100μΑ、2.5mΑ、25mΑ、250mΑ、2.5Α五档，直流电压有五档，交流电压亦有四档)除了电阻档标注的是倍率外，各档标注的均为该挡的量程值使用标度尺读数时，应注意不一样的测量量不一样的量程适合用于不一样的标尺比如：MF50型万用表，电阻档应使用由上往下数的第一条标尺，交流10V档应使用第三条标尺，其他的电流、电压量程均看第二条标尺 二、万用电表的关键测量电路 1. 直流电流、电压档 万用表直流电流档通常采取图9－1的闭路抽头式电路为了计算方便，通常在表头支路串入一个可调电阻R0并取RA+R0=Rm为整数值则，被改装表的内阻应为Rm由试验一可知，各电流档的总分流电阻RSi及各抽头电阻Ri按下列公式计算： U 0 R?SiI i U 0 ? I S ? R? ?R0m? I ? R? R? 1 ? R 0 ?? 9 ?SA0 式中，RS为和表头支路并联的总电阻值。
直流电流设计方法 依据表头的外临界电阻值R外临，按环形回路总电阻值略大于表头的外临界电阻值R外临的标准确定表头支路并联的总电阻值RS即取RS?R1?R2???Rn略大于R外临有关电流表的外临界电阻值R外临值详 １ Ri?RSi?RS?i?1? 见杨述编《一般物理试验（电磁学部分）》“灵敏电流计特征的研究”试验.）按式（9－1）先求出回路电压U0然后逐档计算抽头电阻Ri并按下式求出改装以后的最小满程电流值Imin Imin? RmRS I0?I0 (9-2) 万用表直流电压档通常采取图9－2的共用分压电阻式电路形式即前档的分压电阻和后档共用的形式不过，其时改装电路是用扩程后的电流表作为被改装的表头（我们称其为电压档的等效表头），然后串联分压电阻组成 设，电压档等效表头的满程电流值为IV0,其内阻为RV0 则各分压电阻Ri的数值为 RF1? U 1 IV0 ?RV0 RFi? 1IV0 ?U i ?U(i?1)????Ui?U ?i?1? ? （9－3） 直流电压档设计方法 设直流电压档的每伏欧姆数为?则先按?? 1? 1Imin 的标准确定出直流电压档的每伏欧姆数?（?应 取整数值），再依据IV0? 求出电压档所需的满程电流值IV0，然后在电流档中设计出一量程为IV0的电流 RmRSRm?RS 档，作为电压表的等效表头，按RV0?档的分压电阻RFi。
2. 交流电压档 图9－3所表示，交流电压档基础原理是先将交流电压经分压电阻RN分压，再经二极管整流器整流后输入等效表头测量 图中D1为整流管，D2是为保护D1而设计的当输入整 求出该等效表头的内阻RV0再按式（9－3）计算出各电压 流管的交流电为正 半周时，二极管D1被加上正向电压而导通，输入的电流经过D1流经表头测量，表头指示出交流电压的有效值而当输入整流管的交流电为负半周时，D1的正极性端为低电位，负极性端为高电位，D1被加上反向电压而处于截止状态，测量电路中无电流其时，从万用表ab输入端输入的被测电压将全部降落在D1的两端，若被测电压幅值较大，将可能击穿整流管D1，造成表头损坏串入二极管D2后，当输入整流管D1 的交流 ２ 电为负半周而使D1截止时，D2的负极性端为低电位，而其正极性端为高电位，D2被加上正向电压而导通，输入的被测电压经过D2降落在分压电阻RNi上，使D1两端的压降极小，从而保护了D1管不被击穿图9－3中表头两端并联的两个二极管D3、D4是为了保护表头而设计的当万用表使用不慎而选错档位使得表头过载时，二极管D3或D4将得到足够的正向压降而导通D3或D4导通后，大部分的电流将流经导通的二极管而分流掉，从而确保了表头不过载，确保其安全。
而当万用表正确使用时，表头两端的最大压降I0RA小于二极管的导通电压值，二极管D3或D4处于截止状态，其电阻数值相对于表头内阻为无穷大，故流进表头支路的电流全部流经表头测量，不影响测量结果 设计方法 设，交流电压档的每伏欧姆数为?～则可先依据?～＜?的标准，确定一个适宜的交流电压档的每伏欧姆数值，按IV0～? 1?～ 求出交流电压档所需的工作电流值IV0～，再按IV0????IV0～算出 IV0经整流 后的直流电流量IVo?（采取二极管半波整流时，取??0.441；全波整流时，取??0.882），然后又在直流电流档中设计一量程为IVo?的直流电流档，作为交流电压档的等效表头，计算交流电压档等效表头的内阻 RVO～值比如对图9－3，有 RV0～＝ ?Rm ?R52?R53 ??R1?R2?R3?R4?R51? Rm?R52?R53?R1?R2?R3?R4?R51 ?RD ? ?Rm ?R52?R53 ??R1?R2 Rm?RS ?R3?R4?R51? (9-4) ?RD 式中，RD为整流二极管D1的正向导通电阻值求出RVO～后，按下式计算各交流电压档的分压电阻值RNi R N1? U1～IV0～ ?RV0～ (9?5) R Ni ? 1IV0～ ?Ui～ ?U(i?1)～??～Ui～?U?i?1?～ ??? 若上述计算得到的IV0?大于电流档中的最小电流值Imin,说明?～取得偏大,应减 少?～值, 重求IV0?直到IV0??Imin为止。
3. 直流电阻档 ① 欧姆表测量原理 欧姆表测量的原理图9－4所表示 表头、干电池E、可变电阻R0和待测电阻Rx串联组成闭合回路，电路中的电流Ix流过表头即可使指针，其值为 EE I?? x RA?RD?Rx?rER内?Rx ?9?6? 式中Rx为待测电阻；E为干电池电动势，其内阻为rE；RD为可调电阻；R内＝RA+rE+RD为欧姆表内阻从上式 ３ 能够看出，当电池电动势及其内阻一定的条件下，指针偏转和回路的总电阻?R内＋Rx?成反比，当被测电阻Rx改变时，电流就对应改变，表头的指针位置也有对应的改变可见，表头的指针位置和被测电阻Rx的大小是一一对应的，假如表头标尺按和电流对应的电阻数值进行刻度，这么就能够直接用来测量电阻了 由（9－6）式可知，当Rx＝0时，调整RD使表头的指针指在满刻度值I0处，此时 Ix?欧姆表的电阻零值点在电流表的满刻度值处 当Rx＝∞时，Ix＝0这时表头的指针指在电流表的零值刻度处可见欧姆表的标尺刻度和电流表、电压表的标尺刻度反向且刻度很不均匀，在Ix靠近零时，Rx的改变对Ix的影响小，标尺上刻度线较密集，分度值较大，而在Ix靠近I0时则反之。
当RX＝R内 时，IX＝I0/2，这时表头的指针恰好指在标度尺的中心，因此将此时对应的电阻值称为中心阻 值（或称为欧姆中心 用R中，即R中 等于欧姆表的内阻显然，中心阻值R中 越小，欧姆表标度尺右半的分度值就越小，由 表示）于通常使用欧姆表测量电阻时关键用标度尺的中心周围区域，因此中心阻值RK就类似于电流表的量程 ②“零欧姆”校准电路 因为电池电动势E会逐步下降，使适当Rx＝0时Ix≠I0，表头的指针不指在零欧姆刻度处，这种现象称为“零点漂移”，它给测量造成了较大的误差，必需设计调整电路来处理零点漂移问题，这种电路称为“零欧姆”调整电路图9－5即为一个常见的万用表电阻档“零欧姆”调整电路,其等效电路图9－5‵所表示图中，RD设计为定值电阻，RJ为调零电位器，其滑动端将RJ分成两部分，一部分和表头串联成为表头内阻，另一部分归入RS‵，当E值改变时，调整RJ滑动端使得Rx＝0时表头的指针仍指在满刻度值I0处，即可消除零点漂移显然，当E值高于其标称值1.5V时，RJ滑动端应向左移动，以减小电阻档等效表头的总分流电阻RS‵的数值，使得流过RS‵的电流增大，确保经过表头的电流等于I0值；而当E值低于其标称值时，RJ滑动端应向右移动，以增大电阻档等效表头的总分流电阻RS‵的数值，确保经过表头的电流等于I0值。
注意：因为调整RJ滑动端时 ，电阻档等效表头的内阻RAΩ将发生改变，中心阻值R中随之改变，使测量产生误差，所以，RD应尽可能取得大些，以使得RAΩ的改变量相对于中心阻值R中 能够 ４ ER内 可见＝I0 忽略 对于多量程欧姆表，可在R×1K档中并联不一样的分流电阻Rdi而构对于多量程欧姆表，可在R×1K档中并联不一样的分流电阻RDi而组成其电路图9－6所表示 将上述的直流电流、电压、交流电压、直流电阻测量电路组合起来，就组成了图9－7的万用电表的基础原理图从原理图可知，电阻档用的干电池的负极和万用表的“＋”表笔插孔相连因此，对于电流、电压档b端为正极性端，而对于电阻档，b端为负极性端 三、使用万用表应注意的多个问题 1. 使用前先调好表头指针的机械零点，确定好档位 应先搞清楚要测的是什么物理量，再确定量程切勿用电流档、电阻档去测量电压 电流档、电压档量程的选择，应使电表内阻对电路的影响尽可能小且使表头指针有尽可能大的偏转当被测的电流或电压的大小无法预先估量时，应先选择大量程试测，然后再逐步到适宜的量程上转换量程时，表笔应脱离电路 电阻档的选择，应尽可能使指针在标度尺的中心周围区域或偏右半的区域偏转。
以减小估读误差 2. 测量直流量应注意万用表的极性测量时，必需采取“跃接法”尽可能避免将表固定连接在电路中，方便在发觉异常现象时表笔能快速脱离电路 3. 测高压时，人体不可触及电路及电表的金属部分 4. 使用电阻档时，应优秀行“零欧校准”即选好档位后，将两根表笔短路，然后调整零欧调整旋钮，使不表头指针指示在“0Ω”刻度线上测量中，若转换量程，必需重新进行“零欧校准” 测电路中的电阻时，必。